Chapitre IV : Transmission des ultrasons à une interface composite
IV.2. Mesure de la transmission ultrasonore à une interface composite contrôlée
IV.2.3. Expérience en eau avec des échantillons épais
IV.2.3.6. Acquisition des signaux et traitement
Les signaux enregistrés (Fig. IV.8) sont le résultat d'une moyenne effectuée sur 1024 signaux de façon à réduire le bruit électronique. Chaque écho est isolé temporellement (Fig. IV.9) puis subit une transformée de Fourier (Fig. IV.10). A partir des spectres
d'amplitudes obtenus et des formules (IV.4), les FTI_tSL et FTI_tLS de chacun des échantillons
sont calculés.
Figure IV.9 : Premier écho isolé : échantillon E12 dans le sens solide vers liquide.
Figure IV.10 : Transformée de Fourier du premier écho isolé : échantillon E12 dans le sens solide vers liquide.
IV.2.3.7. Résultats
Dans cette partie, les résultats montrant l'évolution de la FTI_t en fonction des
paramètres f, d, et
τ
sont présentés. Les courbes FTI_t(f) correspondant aux expressions (IV.4)Figure IV.11 : FTI_tSL tracée en fonction de la fréquence. En cyan :
τ
= 0,9 ; en bleu :τ
= 0,8 ; en vert :τ
= 0,7 ; en rouge :τ
= 0,5. Trait continu : d = 30 µm ; trait tireté : d = 20 µm ; trait pointillé : d = 10 µm ; trait mixte : d = 10 µm et h = 10 µm.Figure IV.12 : FTI_tLS tracée en fonction de la fréquence. En cyan :
τ
= 0,9 ; en bleu :τ
= 0,8 ; en vert :τ
= 0,7 ; en rouge :τ
= 0,5. Trait continu : d = 30 µm ; trait tireté : d = 20 µm ; trait pointillé : d = 10 µm ; trait mixte : d = 10 µm et h = 10 µm.sur les bords de la largeur de bande des échos. Il est vrai que la transformée de Fourier est effectuée sur une fenêtre temporelle très étroite, encadrant tout juste l'écho. Il est admis que les valeurs centrales (1 - 2,25 - 5 MHz) ne sont pratiquement pas affectées par cette déformation du spectre. En effet, les valeurs de FTI_t obtenues avec tous les échantillons aux fréquences 1, 2,25 et 5 MHz sont extrêmement proches de celles obtenues en calculant la FTI_t, non plus à partir d'une valeur de l'amplitude du spectre pour une fréquence donnée, mais à partir de l'amplitude crête-à-crête de l'écho.
Cet effet pourrait aussi être dû à la différence d'amplitude de pression acoustique générée par les différents couples de traducteurs au niveau de l'interface composite. Il traduirait alors une non-linéarité du coefficient de transmission. Cependant, il est remarqué que les résultats obtenus pour les trois différents niveaux d'énergie (2, 3 et 4) sont identiques. Il faut toutefois noter que l'amplitude des signaux transmis n'est que 2 fois inférieure pour le niveau d'énergie le plus faible (2) par rapport au niveau le plus élevé (4).
Enfin, une variation du positionnement et de l'orientation des échantillons gravés hydrophobes par rapport à l'échantillon de référence pourraient aussi expliquer cet effet indésirable. A titre indicatif, des essais de répétabilité (15 mesures) ont été réalisés avec l'échantillon E5 pour évaluer les erreurs aléatoires (telles que des erreurs de positionnement de l'échantillon par exemple). L’incertitude de mesure a été calculée, en considérant seulement ces erreurs aléatoires, grâce au calcul de la moyenne et de l'écart type des mesures de ces essais de répétabilité. La figure IV.13 montre la moyenne encadrée par les valeurs extrêmes intégrant l'incertitude. L'incertitude calculée est donc très faible et ne peut donc pas expliquer l'effet indésirable d'escalier.
Figure IV.13 : Moyenne de la FTI_t encadrée par les valeurs extrêmes intégrant l'incertitude liée aux erreurs aléatoires sur une partie de la largeur de bande du traducteur 5 MHz pour le
niveau d'énergie 4.
Il aurait été intéressant d'exploiter cette évolution de la FTI_t avec la fréquence pour pouvoir détecter une éventuelle résonance des ménisques des poches de gaz. A cause de cet effet indésirable, l'observation des figures IV.11 et IV.12 ne permet pas d'affirmer avec certitude que la gamme 0,5 - 7 MHz n'englobe pas d'éventuelles fréquences de résonance.
Il est observé une augmentation générale de la FTI_t avec la fréquence. Par ailleurs,
pour chaque couleur (c'est-à-dire pour une même valeur de
τ
, ou du moins pour des valeurs deτ
très proches comme l'indique le tableau I.5) les courbes sont toutes rangées dans un mêmeordre. La courbe du dessus correspond au diamètre des trous cylindriques le plus grand : d = 30 µm, et la courbe du dessous au diamètre le plus petit d = 10 µm. De plus, le code
couleur des courbes indique que la FTI_t augmente avec
τ
.La courbe correspondant à l'échantillon E7bis comportant des trous cylindriques de profondeur 10 µm au lieu de 30 µm comme tous les autres échantillons est tracée en trait mixte. Pour les trois gammes de fréquence, cette courbe est pratiquement confondue (voire légèrement en dessous) avec celle de l'échantillon E7, pratiquement identique en tout point sauf que la profondeur de ses trous est de 30 µm. Il semble donc que l'effet de la profondeur des trous soit négligeable sur le coefficient de transmission. Cependant, avec seulement deux
l'influence de la profondeur des poches de gaz, ou de l'épaisseur de l'interface composite, sur le couplage acoustique.
Par ailleurs, les figures IV.11 et IV.12 font apparaître un résultat intéressant. Les courbes obtenues dans le sens solide vers liquide (Fig. IV.11) sont pratiquement identiques à celles obtenues dans le sens liquide vers solide (Fig. IV.12). Cela signifie donc que le coefficient de transmission de l'interface composite est le même pour les deux sens de propagation de l'onde.
En conclusion, la transmission, que ce soit dans un sens ou dans l'autre, est d'autant meilleure que la fréquence est élevée et que la fraction surfacique de gaz à l'interface est faible. Pour une même valeur de fraction surfacique de gaz, la transmission est d'autant meilleure que le diamètre des diffuseurs mais aussi l'espace entre les diffuseurs est grand. Autrement dit, la transmission s'améliore lorsque le domaine de diffusion se rapproche du domaine stochastique.
A partir des courbes précédentes, en prenant les valeurs de FTI_t pour les fréquences centrales des couples de traducteurs 1 MHz et 5 MHz, les courbes FTI_t(
τ
) sont tracées aux figures IV.14 et IV.15 pour les trois valeurs de diamètre des trous cylindriques (seulement pour d = 30 µm pour la fréquence 1 MHz). Là encore, les courbes obtenues dans le sens solide vers liquide (Fig. IV.14) sont pratiquement identiques à celles obtenues dans le sens liquide vers solide (Fig. IV.15). Il apparaît aussi clairement que la FTI_t augmente avec la fréquence et le diamètre des trous cylindriques. Autrement dit, elle augmente avec le paramètre d/λ
. Cette tendance pourrait s'expliquer aussi par le fait que lorsque le paramètre d/λ
augmente, l'excitation s'éloigne de la résonance des poches de gaz.Figure IV.14 : FTI_t en fonction de
τ
dans le sens solide vers liquide. En rouge : f = 5 MHz ; en noir : f = 1 MHz. Trait continu : d = 30 µm ; trait tireté : d = 20 µm ; trait pointillé :d = 10 µm.
Figure IV.15 : FTI_t en fonction de
τ
dans le sens liquide vers solide. En rouge : f = 5 MHz ; en noir : f = 1 MHz. Trait continu : d = 30 µm ; trait tireté : d = 20 µm ; trait pointillé :d = 10 µm.
Il est donc suggéré que les plus hautes fréquences seraient mieux transmises à l'interface composite. S'il est possible d'agir sur la rugosité du diaphragme des traducteurs, il faudra
privilégier une rugosité pour laquelle, à fraction surfacique de gaz donnée, les poches de gaz et les espaces entre les poches de gaz sont grands.